Engenharia do Ambiente
Poluição do Ar
Luís Miguel Nunes
Universidade do Algarve
Faculdade de Ciências do Mar e Ambiente
Portugal
Poluição do Ar
1.Definições
2.Transformação de
Unidades
C.P. - Definições
Aerossóis - partículas sólidas ou líquidas em suspensão num meio gasoso, com uma
velocidade de queda irrelevante e cujo tamanho excede normalmente o de um colóide
(de 1 nanómetro a 1 micrómetro);
Chaminé - conduta de direcção ou controlo da exaustão de fumos ou aerossóis de
estabelecimentos industriais;
Concentração excessiva - concentração provocada por efeitos aerodinâmicos criados
pela fonte emissora ou por obstáculos, naturais ou artificiais, que seja, pelo menos superior
em 40% à concentração verificada na ausência dos referidos efeitos aerodinâmicos;
Emissão difusa - qualquer emissão de poluentes para a atmosfera que não é feita através de
um dispositivo preparado para dirigir ou controlar;
Fonte de emissão - ponto de origem, fixo ou móvel, de poluentes atmosféricos;
Fumos - efluentes gasosos que contenham emissões sólidas, líquidas ou gasosas, exprimindo-se
o respectivo caudal volúmico em metros cúbicos por hora (Nm3/h), às condições de
temperatura e de pressão normais, 0C e 101,3 kPa, após dedução do teor de vapor de água;
C.P. - Definições
Mediana - corresponde, numa série ordenada de N valores de concentração de um
dados poluente, arredondado ao micrograma por metro cúbico mais próximo, ao valor de
ordem K calculado a partir de K = inteiro (0,5 N) + 1;
Normas de emissão - normas que estabelecem os valores máximos de emissão de
poluentes atmosféricos provenientes de fontes de emissão fixas ou móveis;
Normas da qualidade do ar - normas que estabelecem os valores limites e valores
guias das concentrações de poluentes atmosféricos no ar ambiente;
Percentil - corresponde, numa série de N valores de concentração de um dado poluente,
arredondado ao micrograma por metro cúbico mais próximo e ordenados por ordem
crescente, ao valor de ordem K calculado a partir de K = inteiro (P / 100 N) + 1, em
que P é o percentil;
Poluentes atmosféricos - substâncias ou energia que exerçam uma acção nociva susceptível
de pôr em risco a saúde humana, de causar danos aos recursos biológicos e aos ecossistemas,
de deteriorar os bens materiais e de ameaçar ou prejudicar o valor recreativo ou outras
utilizações legítimas do ambiente;
Próxima - a distância que se encontra num raio de até cinco vezes a menor dimensão
(altura ou largura) de uma estrutura, desde que não seja superior a 500 m;
C.P. - Definições
Valor guia da qualidade do ar - concentração no meio receptor de um determinado
poluente atmosférico, a qual serve como ponto de referência para estabelecer regimes
específicos em determinadas zonas, com vista à protecção, a longo prazo e com uma
suficiente margem de segurança, da saúde humana, do bem-estar das populações da
qualidade do ambiente;
Valor limite de emissão - concentração ou massa de poluentes contidos nas emissões
provenientes das instalações, que não deve, durante um período determinado, ser ultrapassada;
Valor limite da qualidade do ar - concentração máxima no meio receptor para um
determinado poluente atmosférico, cujo valor não pode ser excedido durante períodos
previamente determinados, com vista à protecção da saúde humana e preservação do ambiente.
Condições Standard para Volumes de Gases - Um metro cúbico normal (Nm3) é a
expressão métrica do volume de um gás nas condições standard de pressão e temperatura, i.e.,
a 0 ºC e 1 atmosfera (101,3 kPa).
C.P. – Conversão de unidades
As concentrações de poluentes gasosos na atmosfera são expressas, quer como massa por
unidade de volume (e.g., mg/m3), quer como volume por unidade de volume
(e.g., ppm ou ppmv). A determinação da massa por unidade de volume deve
levar em consideração a temperatura e a pressão - ambas fazem variar o volume.
As relações que permitem a interconversão entre as unidades de massa por volume e
volume por volume são as seguintes:
ppmv  M
mg m =
V0
T0
P


 10 6
T
P0
mg m-3  V0
ppmv =
M
P0
T


 106
T0
P
-3
em que M é a massa molar, V0 o volume molar de um gás ideal,
22,4 x 10-3 m3 mol-1 (a 273 K e 101,3 kPa); T0 = 273,15 K.
Tenha sempre em atenção que a massa molar do gás deve ser representada nas
mesmas dimensões das da concentração, por forma a manter a expressão homogénea.
C.P. – Conversão de unidades
Exemplo:
Considere-se a conversão de 20 mg/m3 de NO2 para ppmv a 25 ºC e pressão constante.
A massa molar do NO2 é de 46,01 g/mol. Vem, então
mg m
3
20 mg / m3  22,4 x10 3 m3 / mol 273,15  25,0
6
 ppmv :


10
273,15
46,01 x103 mg / mol
 10,6 x10 6  106  10,6 ppmv
Para converter de g m-3 para ppbv é suficiente usar unidades homogéneas nas
expressões e alterar o expoente no último termo para 9. É evidente que para qualquer
outra conversão entre unidades basta alterar o valor do expoente, desde que se
mantenham unidades homogéneas.
C.P. – Efeito da altitude
A concentração de um poluente expresso em massa por unidade de volume de ar atmosférico
ao nível do mar decrescerá com o aumento da altitude, como consequência do decréscimo
da pressão (a evolução da temperatura não é tão regular, como veremos mais tarde).
A variação da pressão com a altitude é dada pela expressão
Pa 
a
0,9877 100
em que a é a altitude em metros.
A concentração a uma dada altitude, Ca, pode então ser calculada pela expressão,
Ca  C
desde que se mantenham as restantes condições.
a
 0,9877 100
C.P. – Efeito da altitude
Pa = 0,9887 a/100
Ca  C
12000
a
 0,9877 100
10000
Altitude (m)
8000
6000
4000
2000
0
0
0.2
0.4
0.6
C(a)/C(0)
0.8
1
1.2
C.P. – Corrigir para gás seco
Se uma emissão é feita num efluente húmido com uma fracção de
água, em volume, igual a w, então,
C s  Ch
1
(1  w)
Em que Cs e Ch são a concentração equivalente para o gás seco, e a a
concentração para o gás húmido, respectivamente.
Por exemplo:
Um efluente emitido com uma concentração de 40 ppmv num gás com 10%, em volume, de
vapor de água tem
Cs = 40 / (1-0,1) = 44,44 ppmv
C.P. – Converter para teor em O2
Se uma emissão é feita num efluente com uma percentagem de
volume de oxigénio, m, e se pretende converter para uma outra
percentagem, r, então:
Cr  Cm
(20,9  r )
(20,9  m)
Com Cm e Cr as concentrações para m e r % de O2 no gás efluente,
respectivamente.
Por exemplo:
Converter a concentração 45 ppmv (gás seco) de NOx num efluente com 5% de O2 para 8%
de O2 (como exigido na legislação).
C8% = 45 . (20,9-8)/ (20,9-5) = 36,51 ppmv
C.P. – Escalas de trabalho
Micro-escala (0-1 km)
Escala local (1-10 km)
Escala regional – mesoescala
(10-1000 km)
Escala global (>1000 km)
C.P. – Estrutura vertical da atmosfera
EXOSFERA
Atmosfera muito rarefeita com
moléculas de gases escapando à
gravidade da Terra
TERMOSFERA
Ionosfera
A temperatura sobe novamente a
+500 ºC, por vezes mais
MESOPAUSA
MESOSFERA
ESTRATOPAUSA
Ozonoesfera
ESTRATOSFERA
Avião supersónico
TROPOPAUSA
TROPOSFERA
Aviões de médio e longo curso
Fenómenos atmosféricos
Superfície
C.P. – Tipo de fontes e emissões
Fontes estáticas e móveis
Tipo de geometria (pontual, área, volume, linha)
Fontes compostas
Fontes directas e indirectas
Emissões permanentes e instantâneas
C.P. – Tipo de fontes
Estáticas
Móveis
C.P. – Tipo de fontes
Pontuais
C.P. – Tipo de fontes
Área/volume
C.P. – Tipo de fontes
Linha
C.P. – Tipo de fontes
Compostas
C.P. – Tipo de fontes
Directas x indirectas
C.P. – Tipo de fontes
Permanentes x Instantâneas
C.P. – Tipo de fontes - emissões
In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001.
Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02
C.P. – Fontes/receptores
A concentração de um poluente no receptor depende de:
Quantidade emitida
Dispersão mecânica
e difusão molecular
Alterações químicas
Interacções
atmosféricas
Qualidade do
ar
Emissões
Fontes
Receptores
C.P. – Poluentes atmosféricos
Comuns em ambientes urbanos
dióxido de enxofre
matéria particulada
monóxido de carbono
hidrocarbonetos
óxidos de azoto
oxidantes fotoquímicos
nitratos
sulfatos
chumbo
fluoretos
odores
mat. org. polinuclear
Particularmente perigosos
chumbo
mercúrio
cádmio
asbestos
Fonte específica
arsénio
cloro (g)
ácido clorídrico
cobre
manganés
níquel
vanádio
zinco
bário
boro
crómio
selénio
pesticidas
subst. radioactivas
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos
Saúde humana e efeitos
nos materiais
Depleccção do ozono
estratosférico
Deposição ácida
.
Gases vestigiais
Diminuição da
visibilidade
Nevoeiro fotoquímico
Efeito de estufa
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos
Gás
Concentração
média actual
Tempo de
residência
médio
Efeito de
estufa
Depleção do
ozono
estratosférico
CO2
350 ppm
100 anos
+
+/-
CH4
1,7 ppm
10 anos
+
+/-
NOx
10-3 - 103 ppb
dias
N2O
310 ppb
170 anos
+
SO2
0,03 - 50 ppb
dias a semanas
-
CFCs
 3 ppb (Cl)
60 - 100 anos
+
O3
20 - 100 ppb
dias
+
+
COVs
1 - 100 ppb
dias
+
+
+/-
Nevoeiro
fotoq.
Dep.
ácida
Diminuição da
visibilidade
+
+
+
+
+
+/-
+
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos
Constituinte
O3
NO2
Aerossóis
PAN
Outras espécies
Características
Constituinte primário. Gás incolor com
cheiro forte.
Gás castanho claro com odor a lixívia.
Causa primária do nevoeiro acastanhado.
Partículas suspensas no ar, líquidas ou
sólidas, de tamanho da ordem do mícron.
A composição não é constante e
normalmente não é completamente
conhecida. Causa primária de redução da
visibilidade em dias de nevoeiro.
Família de cinco compostos encontrados
em concentrações reduzidas na atmosfera
(ordem de algumas ppb quando
comparado com 100 ppb do ozono).
Acroleína, formaldeído, e um grande
conjunto de outras espécies ainda não
separadas nem caracterizadas.
Efeitos na Saúde Humana e Materiais
Irritante das mucosas das membranas a baixas
concentrações, pode provocar tosse, fatiga, e interferência
com a função pulmonar quando em concentrações
elevadas. Danos graves nas plantas, ruptura da borracha, e
corrosão dos metais ferrosos.
Irrita os olhos e nariz e pode causar aumento da
susceptibilidade a doenças infecciosas. Restringe o
crescimento das plantas.
Responsáveis pelo transporte de outros poluentes para o
sistema respiratório (e.g., gases absorvidos).
Provocam danos graves nas plantas. Algumas espécies
provocam irritação da vista. Os efeitos na saúde pública
não são conhecidos, mas são provavelmente importantes e
detrimentais.
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos
Tetraclorometano
O3
Tricloroeteno
H2S
SO2
NH3
CO2
Aquecimento global
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”.
Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais.
Descarregado de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
Os cinco gases de origem antropogénica que
mais contribuem para o aumento do efeito de
estufa, e as respectivos contributos.
Gás de estufa
Contribuição relativa (%)
CO2
55
CH4
26
O3 troposférico
9
CFCs
8
N2O
2
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
Principais gases raros, as suas características e impactes futuros
no aquecimento global
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
(cont.)
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”.
Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais.
Descarregado de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”.
Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais.
Descarregado de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”.
Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais.
Descarregado de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”.
Painel Intergovernamental das Nações Unidas
para as Alterações Globais. Descarregado
de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
Tendências de evolução da temperatura ambiente
nos últimos 100 anos
In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais.
Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
Tendências de evolução da precipitação
nos últimos 100 anos
In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais.
Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais.
Descarregado de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
In: “Analysis and comparison of national and EU-wide projections of greenhouse gas emissions. Topic report No 1/2002”.
Martin Cames, Wolf Garber, Ann Gardiner, Jelle van Minnen, Bernd Strobel, Peter Taylor and Detlef van Vuuren
European Topic Centre on Air and Climate Change. European Environment Agency. EEA, Copenhagen 2002
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
Previsões para acréscimos da temperatura ambiente
entre o período 1961-1990 e 2071-2100
In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais.
Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
Previsões para acréscimos da temperatura ambiente
entre o período 1961-1990 e 2071-2100
In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais.
Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV
Previsão para o número de espécies de vertebrados
ameaçadas de extinção por alteração do habitat
In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais.
Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global: Consequências em
Portugal
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Evolução da temperatura média em Portugal continental nos
últimos 70 anos
Climate Change in Portugal. Scenarios, Impacts and Adaptation Measures" (SIAM) - Recursos hídricos, In: "Alterações Climáticas em
Portugal Cenários, Impactos e Medidas de Adaptação", 2006, Gradiva, ISBN: 989-616-081-3.
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Evolução da temperatura média no sul de Portugal (Évora e
Beja)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Evolução sazonal da
precipitação
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Evolução sazonal da precipitação - frequência
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Razão entre a precipitação no período 1961-1990 e 1931-1960
Inverno
Verão
Anual
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Índice
4.00 e acima
3.00 a 3.99
2.00 a 2.99
0,50 a 1.99
0,49 a –0,49
-0,50 a –1,99
-2,00 a –2,99
-3,00 a – 3,99
-4,00 ou menos
Descrição
Período de pluviosidade extrema
Período de pluviosidade severa
Período de pluviosidade moderada
Período de pluviosidade ligeira
Período de pluviosidade normal
Período de seca ligeira
Período de seca moderada
Período de seca severa
Período de seca extrema
Índice de severidade
da seca de Palmer
(PDSI)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Exemplo do valor PDSI para o ano
2005
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Modelos de previsão:
Modelo à escala global (HadCM)
Modelo à escala regional (HadRM)
Had: Hadley Centre for Climate Prediction and Research, UK
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Modelo à escala global (HadCM)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Previsões para a evolução da temperatura máxima de Verão:
HadCM (2071-2100)
ºC
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Previsões para a evolução da temperatura na Península Ibérica:
incerteza
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Previsões para a evolução da precipitação no Verão:
HadCM (2071-2100)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Modelo à escala regional (HadRM)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Previsões para a evolução da temperatura máxima de Verão:
HadRM (2080-2100)
(1961-1990)
(2080-2100)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Previsões para a evolução da temperatura mínima de Inverno:
HadRM (2080-2100)
(1961-1990)
(2080-2100)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Previsões para a evolução do número de dias com T>35 ºC:
HadRM (2080-2100)
Nº de dias
(1961-1990)
(2080-2100)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Previsões para a evolução da anomalia na precipitação:
HadRM (2080-2100) versus (1961-1990)
(Inverno)
(Verão)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Previsões para a evolução da precipitação em pontos de Portugal:
Anomalias na precipitação
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Previsões para a evolução da precipitação: HadRM (2080-2100)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Impactes previstos:
Floresta e biodiversidade
Recursos hídricos
Agricultura
Energia
Saúde humana
Zonas costeiras
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Produção primária líquida (g C/m2.ano)
(Actual)
(Cenário futuro)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Bioclimas
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Risco de incêndios
O valor do SSR (Seasonal severity ratings). O valor deste indicador
Quando superior a 7 indica um potencial de condições de fogo extremo muito elevado.
O SSR ratio indica a razão entre o valor futuro deste indicador face ao actual.
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Previsão para o número de espécies de vertebrados
ameaçadas de extinção por alteração do habitat (global)
In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais.
Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Previsão do número de espécies afectadas
(apenas Reserva Natural do Estuário do Sado)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Vulnerabilidade das áreas protegidas às alterações climáticas
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Recursos hídricos
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Recursos hídricos: Bacias hidrográficas
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Escorrências superficiais previstas para os anos 2050 e 2100: HadCM3
A alimentação das barragens será
seriamente comprometida;
Os caudais ecológicos nos rios poderão não
ser mantidos
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Recargas de aquíferos previstas para os anos 2050 e 2100: HadCM3
(2050)
(2100)
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Níveis piezométricos previstos para os anos 2005 e 2100
Quaternário de Aveiro
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Níveis piezométricos previstos para os anos 2005 e 2100: HadCM3
Bacia do Sado
Efeitos dos poluentes atmosféricos –
aquecimento global
Níveis piezométricos previstos para os anos 2005 e 2100: HadCM3
Aquífero Querença-Silves
Ozono estratosférico
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
rarefacção da camada de ozono estratosférico
Principais clorofluorcarbonetos e outros halocarbonetos que
afectam a camada de ozono estratosférica por fotodissociação
e libertação de Cl desemparelhado
Exemplos das reacções químicas básicas que ocorrem
na camada de ozono estratosférico
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
rarefacção da camada de ozono estratosférico
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
rarefacção da camada de ozono estratosférico
In: “Ozone Bulletin and data”. Descarregado de: http://www.wmo.ch/web/arep/ozone.html em 12/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
rarefacção da camada de ozono estratosférico
Ozono estratosférico no hemisfério sul
Qualidade do ar
troposférico
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
Qualidade do ar troposférico
In: “Fact sheet:
Air Quality Term 2001”.
Eupean Environment Agency.
Descarregado de:
http://themes.eea.eu.int/
all_factsheets_box
Em 12/02/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
Qualidade do ar troposférico
Directivas Comunitárias
In: “Fact sheet: “Air Quality Term 2001”. Eupean Environment Agency. Descarregado de: http://themes.eea.eu.int/all_factsheets_box
Em 12/02/02
Ozono troposférico
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
Qualidade do ar troposférico - ozono
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
Qualidade do ar troposférico - ozono
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
Qualidade do ar troposférico - ozono
Valores de referência para a qualidade do ar na UE - ozono
No 5º Programa de Acção na Área do Ambiente da União Europeia (5º EAP) ficou estabelecido
que a UE seguiria os valores estabelecidos pela Organização Mundial de Saúde para a qualidade do ar.
Os valores apresentados abaixo já reflectem as últimas actualizações desta organização.
Description
Criteria based on
Value
WHO
Protection of public
health
maximum of floating 8-h
average concentration
120 g.m-3
Protection of agricultural
crops of yield loss of 5%
accumulated ozone dose above a
cut-off of 40 ppb (AOT40) for
daylight hours (i.e. >50 W.m-2
potential global radiation) over 3
months (May-July)
3 ppm.h
Protection of natural and
semi-natural vegetation
accumulated ozone dose above a
cut-off of 40 ppb (AOT40) for
daylight hours (i.e. >50 W.m-2
potential global radiation) over 3
months (May-July)
3 ppm.h
Protection of forest trees
accumulated ozone dose above a
cut-off of 40 ppb (AOT40) for
daylight hours (i.e. >50 W.m-2
potential global radiation) over 6
months (Apr-Sept)
10 ppm.h
Evaluation of ecological
risk
AOT40 values for receptor
specific annual time periods
should be average over 5 years
receptor specific
values
Protection of sensitive
species from short-term
acute effects
accumulated ozone dose above a
cut-off of 40 ppb (AOT40) for
daylight hours (i.e. >50 W.m-2
potential global radiation) over 5
days when vapour pressure
deficit > 1.5 kPa
0.5 ppm.h
Protection of sensitive
species from short-term
acute effects
accumulated ozone dose above a
cut-off of 40 ppb (AOT40) for
daylight hours (i.e. >50 W.m-2
potential global radiation) over 5
days when vapour pressure
deficit < 1.5 kPa
0.2 ppm.h
In: “Tropospheric Ozone in EU - The consolidated report. Topic report No 8/1998”. EEA (European Environment Agency)
Valores de referência para a qualidade do ar na UE - ozono
Threshold value
set by
Excesso de ozono troposférico a cima dos 75 ppb
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
Qualidade do ar troposférico - ozono
In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001.
Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
Qualidade do ar troposférico - ozono
Concentrações médias de ozono na troposfera e estratosfera
In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001.
Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02
Nevoeiro fotoquímico
C.P. – Alterações químicas
Formação e oxidantes - Modelo Simplista.
1
NO2
+
Luz

NO
2
O
+
O2

O3
3
O3
+
NO

NO2
4
O
+
HC

HCO-
5
HCO-
+
O2

HCO3-
6
HCO3-
+
HC

Aldeídos, cetonas, etc.
7
HCO3-
+
NO

8
HCO3-
+
O2
9
HCO3-
+
NO2
+
O
+
O2
HCO2-
+
NO2

O3
+
HCO2-

PAN
C.P. – Alterações químicas formação de ozono
Formação de oxidantes - Mecanismo detalhado de 15 reacções em cadeia.
1
NO2 + hv  NO + O
9
HO2 + NO  OH + NO2
2
O + O2 + M  O3 + M
10
HO2 + NO2  HNO2 + O2
3
O3 + NO  NO2 + O2
11
HC + O  RO2
4
O3 + NO2  NO3 + O2
12
HC + OH  RO2
5
NO3 + NO2  2 HNO3
13
HC + O3  RO2
6
NO + NO2  2 HNO2
14
RO2 + NO  NO2 + OH
7
HNO2 + hv  OH + NO
15
RO2 + NO2  PAN
8
CO + OH CO2 + HO2
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
Qualidade do ar troposférico – nevoeiro
fotoquímico
Concentração de sulfato na forma de aerosol na
Europa em 21 Julho 1990 (µg S/m3);
In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001.
Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
Qualidade do ar troposférico – nevoeiro
fotoquímico
Visibilidade (km)na Europa em 21 Julho 1990, 12.00 GMT
In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001.
Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02
Precipitação ácida
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
precipitação ácida
Emissões
Deposição
Partículas
Adptado de: “Acid Rain Revisited”, Science Links, 2001.
Descarregado de: http://www.hbrook.sr.unh.edu/hbfound/report.pdf, em 13/09/02
Efeitos
Situação na Europa – previsão obtida por modelação
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
precipitação ácida
In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001.
Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
precipitação ácida
Tolerânca de alguns animais ao pH da água
Trutas
Percas A
Percas B
Sapo
Salamandras
Ameijoas
Lagostim
Caracóis
Mosca de água
ord.Ephemeroptera
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
precipitação ácida
Unidades: moles de Ca /ha-ano
Absorção de Ca
pelas plantas
Ca disponível
no solo
Entrada de Ca
A partir da chuva e
neve
Ca perdido
para águas
superficiais
Adptado de: “Acid Rain Revisited”, Science Links, 2001.
Descarregado de: http://www.hbrook.sr.unh.edu/hbfound/report.pdf, em 13/09/02
Ciclo do cálcio – efeito da acidificação (exemplo no Nordeste dos EUA)
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
precipitação ácida
Efeito da acidificação
O Ca e o Mg
são lixiviados
do solo
Perda de cálcio
pelas membranas
das folhas
O Al é mobilizado
e assimilado pela
planta
Diminuição
da tolerância
ao frio
Aumento da
gravidade das
lesões pelo gelo
Alterações graves
das funções de nutrição
e radiculares
Alumínio
Cálcio e magnésio
Adptado de: “Acid Rain Revisited”, Science Links, 2001.
Descarregado de: http://www.hbrook.sr.unh.edu/hbfound/report.pdf, em 13/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
precipitação ácida
Efeito da precipitação ácida em monumentos
Estátua alemâ em calcário, datada de 1702 fotografada em 1908 (esquerda) e 1969 (direita).
Fotografia: Westfäliches Amt für Denkmalpflege.
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
precipitação ácida
Emissões Europeias (em Megatoneladas)
In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001.
Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02
C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos –
precipitação ácida
Modelação
C.P. – Transporte – gradiente vertical de
temperatura
Transporte convectivo vertical
O gradiente de temperatura na atmosfera é o principal determinante do transporte convectivo
vertical. O gradiente de temperatura é representado por
=-
T
z
em que  é o gradiente térmico, T a temperatura, e z a altura em metros.
Gradientes térmicos
Gradiente adiabático real, real, gradiente efectivo na atmosfera, normalmente entre 4 e 7 C/km;
Gradiente adiabático seco, seco, história da temperatura percorrida por uma parcela de ar seco quando
ascende ou desce na atmosfera devido a forças de flutuação e momento, igual a 9,8 C/km;
Gradiente pseudoadiabático (ou adiabática saturada), sat, idêntico ao anterior para uma parcela de ar
saturada de vapor de água, igual a 6 C/km.
Como se verifica na figura seguinte, gradiente térmico predominante na atmosfera é positivo. Isto é, a
temperatura decresce com a altitude na baixa atmosfera (0-5 km).
C.P. – Transporte – gradiente vertical de
temperatura
À medida que uma parcela de ar sobe na atmosfera a temperatura altera-se como consequência
dos seguintes factores:
Transferência de calor - a diferença de temperatura entre a parcela e o meio promove a transferência
de energia da parcela para o meio. Ceteris paribus (os restantes factores iguais), a temperatura
da parcela diminui.
Expansão - pressão atmosférica diminui com a altitude, como resultado a parcela expande,
enquanto sobe. Ceteris paribus, a expansão provoca a diminuição da temperatura.
Condensação - à medida que a temperatura decresce a humidade na parcela condensa para manter as
condições de saturação. A condensação é acompanhada por uma libertação de energia equivalente à
entalpia de condensação.
Ceteris paribus, a libertação de energia reduz a velocidade de diminuição da temperatura.
C.P. – Transporte – gradiente vertical de
temperatura
Inversão térmica
Altitude (m)
1200
real
1000
2ª camada de mist ura
seca
800
Camada de inversão
600
Altura de mistura
400
Profundidade
1ª camada de mist ura
200
de mistura
0
0
5
10
15
Temperatura (ºC)
20
25
30
C.P. – Transporte – gradiente vertical de
temperatura
Perfis verticais de temperatura (GRACE Mission. GFZ,UCAR and NCEP).
GeoForschungsZentrum
Potsdam (GFZ). GFZ Potsdam, Division 1
Registo vertical horário de temperatura, humidade relativa,
pressão, velocidade e direcção do vento na estação de Tampa,
Florida (NOAA)
C.P. – Transporte – modelos
Tipo de modelos
Gaussiano
Numérico
Estatístico
Físico
Modelo físico de uma pluma
C.P. – Transporte – modelos Gaussianos
Modelo Gaussiano
Pressupostos
Emissão contínua
Conservação de massa
Condições de regime
permanente
Os gradientes de
concentração ao longo e
perpendiculares ao eixo
de escoamento seguem
uma distribuição
Gaussiana (normal)
(18)
C.P. – Transporte – modelos Gaussianos
Modelo Gaussiano
2
 y 2 
 H  z 2  
Q
  H  z  

 ( x , y , z; H ) 
exp 2  exp

exp




2
2
2u y x
2

2

2


y
z
z




 

 = Concentração do poluente, g m-3
Q = Caudal emitido, g s-1
u = velocidade do vento no topo da chaminé, m s-1
y = desvio padrão da distribuição de concentração na direcção perpendicular ao
escoamento, à distância x
z = desvio padrão da distribuição de concentração na direcção vertical, à distância x
 = 3.1415926
H = Altura efectiva de emissão
C.P. – Transporte – modelos Numéricos
Examplo de modelos numéricos
ISCST3/PRIME
AERMOD
CALPUFF
Regime permanente;
simula o transporte e
dispersão a partir de
fontes múltiplas em área
ou volume, em orografias
simples ou
complexas;usa as classes
de estabilidade de
Pasquill-Guiford;até aos
50 km;simula deposição
seca e húmida
Regime permanente;
simula o transporte e
dispersão a partir de
fontes múltiplas em área
ou volume, em orografias
simples ou complexas;
usa a teaoria da camada
limite; até aos 50 km
Multi-camada, multiespécies, não
permanente; simula o
transporte, dispersão e
transformação a partir de
fontes múltiplas em área,
volume ou linha, em
orografias simples ou
complexas; usa a teaoria
da camada limite; até aos
700 km
C.P. – Transporte – modelos
Factores do emissor
Localização geográfica
Características do local
Concentração do
poluente e características
Densidade do gás,
velocidade, temperatura
e pressão
Altura e diâmetro da
chaminé
Monitorização
C.P. – Dispositivos para medição de emissões princípios
Espectro electromagnético – possibilidade de interferências
C.P. – Dispositivos para medição de emissões princípios
Métodos para análise de emissões
Extractivos
In situ
C.P. – Dispositivos para medição de emissões princípios
Laguns métodos analíticos usados em métodos extractivos
Espectroscopia de
absorção
Luminescência
Outros
Infra-vermelho
Ultra-violeta
Fluorescência
Quimioluminescência
Cromatografia em
fase gasosa
Espectroscopia de
emissão atómica
C.P. – Dispositivos para medição de emissões –
princípios – métodos extractivos
Infra-vermelho (IV) não dispersivo - absorção
(Hg-Cd, MCT, PbS,
As2Se3
Lei de Beer-Lambert
Tr=I/I0=e-(l). c. l
I
(N ou Ar)
I0
I0
I0
c=1/((l). l) log(1/Tr)
(desde que se use o comprimento de onda em
que se verifique absorvância zero como
referência)
Tr: transmitância da luz através do gás;
I0: intensidade da luz afluente /s
I: intensidade da luz efluente /s
(l): coeficiente de absorção molecular (f(g));
c: concentração do poluente;
l: distância que a luz atravessa
C.P. – Dispositivos para medição de emissões –
princípios – métodos extractivos
Ultra-violeta (UV) não dispersivo - absorção
Lei de Beer-Lambert
Tr=I/I0=e-(l). c. l
c=1/((l). l) log(1/Tr)
Tr: transmitância da luz através do gás;
I0: intensidade da luz afluente /s
I: intensidade da luz efluente /s
(l): coeficiente de absorção molecular (f(g));
c: concentração do poluente;
l: distância que a luz atravessa
C.P. – Dispositivos para medição de emissões
Qualidade ambiente - UV
O3
Aplicações:
• Qualquer
1008 UV
(Amko Systems Inc.)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões
Qualidade ambiente – Fluorescência UV
SO2, H2S
Aplicações:
• Qualquer
4108 UV
(Amko Systems Inc.)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões –
princípios – métodos extractivos
Fluorescência pelo UV (SO2)
SO2 + hv (210 nm) SO2* (excitado)  SO2 + hv´ (240-410 nm)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões –
princípios – métodos extractivos
Quimioluminescência pelo Ozono (NO) – 1º passo
NO + O3  NO2* + O2
NO2*  NO2 + hv (600-900 nm)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões –
princípios – métodos extractivos
Quimioluminescência pelo Ozono (NO+NO2) – 2º passo
O dióxido de azoto é convertido cataliticamente (aquecimento) a NO; são medidos NO + NO2 (na
forma de NO): NOx. O NO2 é determinado pela diferença NOx - NO
C.P. – Dispositivos para medição de emissões
Qualidade ambiente – Quimiofluorescência UV
NOx
Aplicações:
• Qualquer
CLD 700 AL
(Amko Systems Inc.)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões –
princípios – métodos extractivos
Cromatografia – ionização à chama ( para compostos orgânicos)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões –
princípios – métodos extractivos
Cromatografia – fotoionização ( para compostos orgânicos)
R + hv  R+ + eEm que R é um composto orgânico e hv é
normalmente emitida por uma lâmpada UV
(eV entre cerca de 8 e 12).
eV
Como diferentes quantidades de energia são necessárias
para ionizar diferentes comspostos orgânicos é possível
analisar diferentes classes de compostos, bastando para
tanto alterar a intensidade da radiação emitida
C.P. – Dispositivos para medição de emissões –
princípios – métodos extractivos
Cromatografia – fotoionização relativa de alguns gases
C.P. – Dispositivos para medição de emissões –
princípios – métodos extractivos
Espectrometria de massa
C.P. – Dispositivos para medição de emissões –
princípios – métodos extractivos
Cromatografia em fase gasosa com espectrómetro de massa (a
cromatografia gasosa em conjunto com espectrometria de massaGCMS)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões –
princípios – métodos extractivos
Espectrometria de massa (Metais)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões
Ionização à chama
Hidrocarbonetos
voláteis
Aplicações:
Model 10
(Vig Industries, Inc.)
• Qualquer
C.P. – Dispositivos para medição de emissões
In situ - IV
SO2, NO, NO2, NH3, T
Aplicações:
Centrais termo-eláctricas;
Incineradoreas de RSUs;
Indústria de vidro, papel;
Petroquímicas;
Cimenteiras;
GM 31 MULTI-COMPONENT GAS ANALYZER
(Amko Systems Inc.)
Etc.
C.P. – Dispositivos para medição de emissões
In situ - UV
HCl
Aplicações:
• Incineradoreas de RSUs;
• Indústria de vidro e alumínio;
• Indústria química;
• Cimenteiras.
GM 920 HCL
(Amko Systems Inc.)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões
In situ – infra-vermelho
CO
Aplicações:
• Centrais termo-eléctricas;
• Indústria metalúrgica;
• Indústria química;
GM 921 CO
(Amko Systems Inc.)
• Cimenteiras.
C.P. – Dispositivos para medição de emissões
In situ – infra-vermelho
CO2, H2O
Aplicações:
• Centrais termo-eléctricas;
• Incineradoras de RSUs;
• Indústria de papel e textil.
GM 500
(Amko Systems Inc.)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões
In situ – IV
Partículas
Aplicações:
• Cimenteiras;
• Unidades produtoras de asfalto;
• Centrais termo-eléctricas;
• Indústria vidreira;
• Indústria metalúrgica;
OMD 41
(Amko Systems Inc.)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões
In situ – IV
Partículas
Aplicações:
• Qualquer
OMD 41
(Amko Systems Inc.)
P5B
(ESC, Inc.)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões
In situ – Portátil
Multiparamétrico:
O2, CO, NOx, SO2
Aplicações:
• Qualquer
ECOM-A+ 2.5
(Amko Systems Inc.)
C.P. – Dispositivos para medição de emissões
In situ – Emissões automóveis
Multiparamétrico:
Hidrocarbonetos totais, CO, CO2,
O2, NO/NOx, HC, N2O, SO2, CH4
Aplicações:
• Gases de escape
MEXA 7000 V2
(HORIBA)
Controlo de emissões
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Filtros de mangas – unidades móveis
Trunkline (TM)
(Air Cleaning Technologies Inc.)
(Adwest Technologies Inc.)
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Filtração
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Filtração – efluente húmido
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Venturi
Mystaire Venturis
(Misonix Inc.)
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Scrubbers
Mystaire Waterweb®
(Misonix Inc.)
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Scubbers de alta eficiência
Sonimist pretreatment chamber
(Misonix Inc.)
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Colunas de adsorção
Mystaire MVS
(Misonix Inc.)
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Precipitadores electroestáticos
(Environmental Elements Corporation)
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Filtros de mangas
(Environmental Elements Corporation)
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Ciclones
(Adwest Technologies Inc.)
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Incineração/oxidação
Retox RTO
(Adwest Technologies Inc.)
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Incineração
Consumat (R)
(Consultech Systems)
C.P. – Dispositivos para controlo de emissões
Oxidação catalítica
Dispersão horizontal
Distância a sotavento (km)
Dispersão vertical
Distância a sotavento (km)